JP4728091B2 - 再帰性反射材およびその製造装置 - Google Patents
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Description
このような再帰性反射材の一つの代表的な構造として、透明な微小球(典型的にはガラスビーズ)を適当な基材に保持し、該微小球による光の屈折(レンズ機能)を利用して再帰反射能を発揮させるものがある。この種の再帰性反射材は、微小球の前面側(反射光が視認される側)が保持体から露出しているオープンタイプと、微小球の前面側が樹脂等の透明材料で覆われているクローズドタイプとに大別される。
かかる構成の再帰性反射材によると、反射表面に設けられた撥水膜によって該表面への水付着を防止することができる。該撥水膜は、反射表面の形状(少なくとも凸部の形状)に沿って形成されており、かつ厚さ10nm以下という極めて薄い膜であるため、反射材に出入りする光の屈折軌道を大きく異ならせることはない。換言すれば、本来予定された屈折軌道(良好な再帰反射性能が実現されるように設計された軌道)を生かして反射材に撥水性を付与することができる。このような撥水膜を備える再帰性反射材は、水が付着しやすい状況においても本来の反射性能が損なわれにくい。したがって、該反射材は安定して優れた反射性能を発揮することができる。前記撥水膜は、前記微小球が配設された表面を有する反射基材に、酸素分子を含む雰囲気下で真空紫外光を照射し、次いで該表面に自己組織化単分子膜形成材料を化学蒸着して形成されたものである。このような撥水膜を有する再帰性反射材は、より良好な撥水性および/または反射性能を示すものであり得る。
好ましい一つの態様では、前記反射表面の水に対する接触角が140°以上である。このような反射材は特に優れた撥水性を示す。したがって、水の付着による性能低下をよりよく防止することができる。
(1)再帰性反射材の製造方法。その方法は、再帰反射可能な微小球が配設された表面を有する反射基材を用意すること、および、該表面に厚さ10nm以下の撥水膜を形成すること、を包含する。ここで、該撥水膜の形成は、これにより反射基材表面の水に対する接触角をより大きくし得るように行われる。
雰囲気ガスとして、25℃における相対湿度が10〜25%のガスを用いる;および、
雰囲気温度が80〜150℃である;
を満たすように行う、上記(2)に記載の方法。この方法は、反射基材の構成材料として熱可塑性樹脂(例えばポリエステル樹脂)が含まれる場合に特に好ましく採用される。
(a).前記微小球の前面側を離型材に仮固定すること;
(b).該微小球の背面側に、該微小球を保持する保持体を形成すること;および、
(c).前記離型材を除去して前記微小球の前面側を露出させること、
を含む、上記(1)から(3)のいずれかに記載の方法。
上記保持体は、上記微小球の背面に直接接して該微小球を保持するように形成されてもよく、微小球の背面に設けられた反射要素(例えば金属層)を介して該微小球を保持するように形成されてもよい。反射要素を介して微小球を保持する形態の反射材は、例えば、上記(a).の後、離型材に仮固定された該微小球の露出面(背面)に金属層を形成し、次いで上記(b).を行うことにより得ることができる。
ここに開示される反射材は、このような微小球の一種または二種以上を有する構成とすることができる。二種以上の微小球(例えば、色、材質および直径のうち少なくとも一つが異なる微小球)を有する場合、それらの微小球を混合して使用してもよく、反射表面の面方向に場所を異ならせて使用してもよい。
特に限定するものではないが、反射表面に垂直な方向(図1の上方)からみて、微小球の中心の平均間隔(凸部の頂点の間隔とほぼ一致する。)は、凡そ5〜500μmの範囲にあることが好ましく、より好ましい範囲は凡そ10〜300μm、さらに好ましい範囲は凡そ20〜200μm、特に好ましい範囲は凡そ30〜100μmである。このような間隔で配置された微小球(凸部)であってその表面に沿って撥水膜が設けられた反射表面は、撥水膜自体の性質と反射表面の表面形状とが相俟って、特に良好な撥水性を示すものとなり得る。
保持体の構成材料は、該微小球を適切に保持し得るものであればよく、特に限定されない。例えば、高分子材料、セラミックス、金属またはこれらのハイブリッド材料を、反射材の用途等に応じて適宜選択することができる。保持体の構成材料として好ましく使用し得る高分子材料としては、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリアセタール系樹脂、(メタ)アクリル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体等が挙げられる。微小球の構成材料よりも軟化点の低い高分子材料を選択することが好ましい。この保持体は、透明でもよく不透明でもよく、着色剤(染料、顔料等)を含んでも含まなくてもよい。また、雲母、金属粉末(アルミニウム粉末等)等のような粉末状の反射要素がマトリックス材料(例えば高分子材料)中に分散した保持体を用いてもよい。上記粉末状反射要素として、いわゆるパール粉体(例えば、雲母の表面に二酸化チタン等の微粒子をコートしたもの)、有色パール粉体等を使用してもよい。上記マトリックス材料としては透明(無色透明または着色透明)な材料を選択することが好ましい。
また、図2に示すように、微小球16の背面側に平坦な反射層14を配置した構成としてもよい。かかる平坦な反射層は、図2のように微小球16の背面の一端に接する位置に設けてもよく、図3のように微小球16の背面からやや離れた位置に設けてもよい。また、このような反射層14を設ける代わりに、図4に示すように、粉末状の反射要素142を含む保持体12を使用してもよい。また、図5に示すように、透光性を有する反射層144(例えば、透光性を示す程度の厚さの酸化チタン層)を微小球16の背面に沿って設けるとともに、粉末状の反射要素142を含む保持体12を使用してもよい。あるいは、透光性を有する反射層と、微小球の背面に接して(または微小球の背面からやや離れて)設けられた金属等からなる平坦な反射層とを組み合わせた構成としてもよい。
ここで使用する反射基材は、条件のよい場合には(例えば、該反射基材の表面に水滴等が存在しない状態では)、それ自体が良好な再帰反射性能を発揮するものであり得る。例えば、従来公知のいわゆるオープンタイプの再帰性反射材(典型的には、微小球の前面が露出している。)は、いずれも上記製造方法における反射基材として使用可能である。反射基材の製造方法は特に限定されない。例えば、従来公知のオープンタイプの再帰性反射材の製造方法に含まれる工程の一部または全部を適宜採用して、上記再帰性反射材の製造方法に使用する反射基材を用意することができる。このような反射基材の表面に上記撥水膜を形成することにより、該反射基材の再帰反射性能(例えば屈折軌道)を大きく異ならせることなく撥水性を付与することができる。ここに開示される発明は、他の側面として、上述したいずれかの反射基材(例えば、従来のオープンタイプの再帰性反射材)を用意すること、および、該反射基材の表面に上記撥水膜を形成すること、を包含する再帰性反射材の撥水処理方法を提供する。
ここに開示される再帰性反射材は、厚さ10nm以下のSAMを形成し得るSAM形成材料を被処理面(反射基材の表面)に化学蒸着することによって好適に製造することができる。かかる化学蒸着は、従来公知の化学蒸着法と同様にして行うことができる。例えば、所定の雰囲気ガスのもとでSAM形成材料(原料分子)を基材に蒸着する。ここで「雰囲気ガス」とは、原料分子が被処理面に蒸着されるとき(すなわち、気体状の原料分子が気相から反射基材の表面に堆積するとき)に、その蒸着空間(例えば反応容器内)を満たすガスをいう。該雰囲気ガスの主成分としては、SAM形成材料や基材表面に対する反応性の低いガスを使用することが好ましい。例えば、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスを好ましく使用することができる。
化学蒸着時の雰囲気温度が上記範囲よりも低すぎると、被処理面に到達した原料分子(SAM形成材料)がその表面を動き回り難くなる。このため、該原料分子が被処理面において他の部分よりもエネルギー的に有利な位置を見つけてそこに吸着することによって自律的に組織化するというSAM形成過程を適切に進行させることが困難となり、SAMの品質(例えば密度)が低下しがちとなる。一方、雰囲気温度を高くすると得られるSAMの密度は上昇する傾向にあるが、上記範囲よりも雰囲気温度が高すぎると反射基材が熱によるダメージを受けやすくなる。上述した(1).および(2).を共に満たす条件で化学蒸着を行うことにより、比較的低い雰囲気温度において高品質の(例えば高密度の)SAMを作製することができる。このような化学蒸着条件は、反射基材の構成材料(例えば、保持体および微小球のうち少なくとも一方)に熱可塑性樹脂が含まれる場合に特に好適に採用され得る。例えば、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリアセタール系樹脂、(メタ)アクリル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体等から選択される一種または二種以上の熱可塑性樹脂を含む保持体を有する反射基材の表面に撥水膜を形成する方法として好適である。
図6(A)に示すように、ポリエチレン樹脂からなる離型層32の表面にガラス製の微小球(ガラスビーズ)16を配置する。次いで、離型層32を適度に加熱して軟化させ、図6(B)に示すように、微小球16の下端側(前面側)を離型層32に沈ませる。離型層32を冷却すると、この離型層32から微小球16の一部(背面側)が露出した状態で離型層32に微小球16が仮固定される。次いで、図6(C)に示すように、微小球16の露出面(背面)およびその間にある離型層32の表面にアルミニウムを真空蒸着してアルミニウム層(反射要素)14を形成する。そのアルミニウム層14の上(背面側)に、ポリウレタン樹脂からなる層状の保持体12を形成する(図6(D))。このようにして、表面が離型層32で覆われた反射基材10を得ることができる。保持体12の上にさらに支持体を設けてもよい。例えば、ポリエステルフィルム、ポリエステル生地(ポリエステル繊維からなる織布)等の支持体を保持体の上面(背面)に貼り合わせてもよい。かかる支持体の上にさらに接着剤層を設けてもよい。例えば、ホットメルト型接着剤、感圧性接着剤(粘着剤)等の層を支持体上に形成してもよい。あるいは、このような接着剤層を保持体の上面に直接形成してもよい。
チャンバ52の壁面(例えば天井部)には、該チャンバの内外を連通させるガス流入口54およびガス流出口56が形成されている。ガス流入口54には、SAM形成材料を含むガス(例えば、SAM形成材料のガスとキャリアガスとの混合ガス)をチャンバ52内に供給可能な原料ガス供給手段51が接続されている。雰囲気温度制御手段70は、チャンバ52の内部に配置された温度計72と、チャンバ52の外周を囲むように設けられたヒータ74とを含み、温度計72による温度検出結果に応じてヒータ74の出力を調節することによりチャンバ52内の温度(雰囲気温度)を制御し得るように構成されている。湿度制御手段80は、チャンバ52の内部に配置された湿度計82を含み、湿度計82による湿度検出結果に応じて、例えばガス流入口54から供給されるガスの組成(湿度)を調節することによりチャンバ52内の湿度(雰囲気ガスの湿度)を制御し得るように構成されている。反応チャンバ52の内部(例えば底面)には、該チャンバ内で処理される反射基材10を載置するための基材載置台58が設けられている。基材温度調節手段90は、この基材載置台58に内蔵された温度計92と、該温度計による温度検出結果に応じて出力調節可能に構成されたヒータ94とを含む。
<実施例1>
厚さ100μmのPETフィルム(ユニチカ株式会社製品、商品名「EMBLET」を使用した。)の片面に厚さ約500μmのポリエチレン樹脂層(離型層)が設けられた離型フィルムを用意した。そのポリエチレン樹脂層の表面にガラスビーズ(株式会社ユニオン製品、商品名「UB−13M」、屈折率1.92、粒径38〜53μm、平均粒径45μm)を配置し、200℃で30分間加熱した。これにより、ガラスビーズの下側(離型層側)の約半分をポリエチレン樹脂層中に沈ませて、該ガラスビーズを離型フィルム(ポリエチレン樹脂層)に仮固定した。なお、離型フィルムの面積当たりに配置されたガラスビーズの個数からその中心の平均間隔を算出したところ約20μmであった。
反射基材の表面に真空紫外光を照射する前処理を省略した点以外は実施例1と同様にして再帰性反射材を得た。すなわち、本実施例では離型フィルムを除去した反射基材を速やかに反応室に搬入し、該反応室内で反射基材の表面にODSを蒸着して撥水膜(SAM)を形成した。
実施例1および実施例2により得られた再帰性反射材、および、これらの再帰性反射材の製造に使用した反射基材につき、JIS Z 9117に準拠して(測定距離:21.4m、反射の色:白)、それらの再帰反射性能を測定した。測定結果を表1に示す。
実施例1および実施例2により得られた再帰性反射材、および、これらの再帰性反射材の製造に使用した反射基材の水に対する接触角を測定した。具体的には、協和界面科学株式会社製の接触角測定装置(型式「CA−X150」)を使用して、蒸留水の静的接触角を液滴法(液滴直径約2mm)により測定した。また、再帰性反射材を反射表面がほぼ垂直となるように保持し、これに霧吹きを用いて水を吹きつけて表面状態を目視により観察した。それらの結果を表2に示す。
雰囲気温度を約150℃とし、雰囲気ガスの25℃における相対湿度をそれぞれ約5%、約10%、約15%、約20%、約25%および約30%とした点以外は実施例1と同様にして反射基材の表面全体にODSを化学蒸着した。また、雰囲気温度を約50℃、約100℃および約200℃とし、各雰囲気温度について相対湿度をそれぞれ約5%、約10%、約15%、約20%、約25%および約30%とした点以外は実施例1と同様にして、反射基材の表面にODSを化学蒸着した。このようにして、反射表面の全体にSAMを有する再帰性反射材を得た。いずれの再帰性反射材においても、SAMを設けたことによる再帰反射性能の低下はみられなかった。なお、雰囲気温度を約200℃としてODSを蒸着した再帰性反射材では、反射基材の一部に熱による変形がみられた。
本実施例では、実施例1〜3で用いたODSに代わるSAM形成材料として、CF3(CF2)7(CH2)2Si(OCH3)3で示されるヘプタデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロデシル−1−トリメトキシシラン(信越化学工業株式会社製、以下「HFDTS」と略記する。)を使用した。その他の点については実施例3と同様にして、各雰囲気ガス湿度および各雰囲気温度の下で反射基材の表面にSAMを作製した。このようにして、反射表面の全体にSAMを有する再帰性反射材を得た。いずれの再帰性反射材においても、SAMを設けたことによる再帰反射性能の低下はみられなかった。なお、雰囲気温度を約200℃としてHFDTSを蒸着した再帰性反射材では、反射基材の一部に熱による変形がみられた。
2:反射表面
10:反射基材
12:保持体
14:反射要素(金属層)
16:微小球
20:撥水膜
50 再帰性反射材製造装置
51 原料ガス供給手段
52 反応チャンバ(反応容器)
54 ガス流入口
56 ガス流出口
60 反射基材搬送装置
70 雰囲気温度制御手段
80 湿度制御手段
85 真空紫外光照射装置
90 基材温度調節手段
Claims (7)
- 再帰反射可能な微小球が配設された反射表面を有する再帰性反射材であって、
該反射表面は、前記微小球の突出による微小な凸部を有し、該凸部にはその形状に沿って厚さ10nm以下の撥水膜が形成されており、
ここで、前記撥水膜は、前記微小球が配設された表面を有する反射基材の該表面に、酸素分子を含む雰囲気下で真空紫外光を照射し、次いで該表面に自己組織化単分子膜形成材料を化学蒸着して形成されたものである、再帰性反射材。 - 前記反射表面の水に対する接触角が140°以上である、請求項1に記載の反射材。
- 前記撥水膜が単分子層によって構成されている、請求項1または2に記載の反射材。
- 前記微小球の間に金属層が設けられている、請求項1から3のいずれか一項に記載の反射材。
- 前記凸部の間を含む前記反射表面の全体に前記撥水膜が形成されている、請求項1から4のいずれか一項に記載の反射材。
- 請求項1から5のいずれか一項に記載の再帰性反射材を製造する方法であって:
前記微小球が配設された表面を有する反射基材を用意すること;
その反射基材の前記表面に、酸素分子を含む雰囲気下で真空紫外光を照射すること;および、
前記真空紫外光を照射した表面に前記自己組織化単分子膜形成材料を化学蒸着して前記撥水膜を形成すること;
を包含する、再帰性反射材製造方法。 - 請求項1から5のいずれか一項に記載の再帰性反射材を製造するための装置であって、
再帰反射可能な微小球が配設された表面を有する反射基材の該表面に、酸素分子を含む雰囲気下で真空紫外光を照射し、次いで該表面に自己組織化単分子膜形成材料を化学蒸着して撥水膜を形成することにより前記再帰性反射材を製造し得るように構成されており、
以下の構成:
ガス流入口およびガス流出口を備える反応容器;
前記反応容器内の雰囲気温度を制御する雰囲気温度制御手段;
前記反応容器内の湿度を制御する湿度制御手段;
前記反応容器内に配置された前記反射基材の温度を調節する基材温度調節手段;
前記ガス流入口から反応容器内に自己組織化単分子膜形成材料を含むガスを供給する原料ガス供給手段;および、
酸素分子を含む雰囲気下で前記反射基材に真空紫外光を照射し得るように構成された真空紫外光照射装置;
を備える、再帰性反射材製造装置。
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